Sonda elettronica, parte 1

SONDA ELETTRONICA

Il punto di partenza concettuale per la realizzazione di una sonda elettronica è il principio di

Huygens-Fresnel. Per generare un'onda ecografica, lo spazio dovrebbe essere teoricamente

riempito da infinite onde sferiche, ciascuna emessa con un preciso ritardo. L'interferenza

costruttiva e distruttiva di queste onde sferiche crea zone di massima e minima pressione,

formando un fronte d'onda piano che può essere angolato (inclinato) di un angolo rispetto al

piano del trasduttore.

L'ingegneria si scontra però con un limite fisico: è impossibile suddividere un cristallo

piezoelettrico (PZT) in infiniti elementi puntiformi, poiché ciò richiederebbe di pilotarli con

infiniti canali in trasmissione (infiniti pulser) e infiniti canali in ricezione (amplificatori). La

soluzione è un'approssimazione del principio di Huygens: il trasduttore viene suddiviso in un

numero limitato di piccoli elementi (solitamente tra 100 e 200), disposti uno di fianco all'altro

e separati da una distanza definita "passo" ().

Per deflettere (Steering) il fascio e creare un fronte d'onda angolato di è necessario calcolare

,

la di erenza di percorso acustico generata da ciascun trasduttore, che è pari a ∗ sin().

A inché i fronti d'onda si incontrino in fase, questi percorsi acustici devono di erire di o di

2

un suo multiplo. L'ecografo deve quindi imporre una legge dei ritardi di tipo lineare: i ritardi di

attivazione dei cristalli devono essere linearmente crescenti o decrescenti, con uno scarto

temporale costante tra un elemento e il successivo basato sulla formula Nel caso

∗ sin().

particolare in cui (nessuna deflessione), non vi sono di erenze di ritardo e tutti i cristalli

= 0

emettono simultaneamente.

Le aziende costruttrici partono tipicamente da una singola piastrina di PZT. La sua forma è

rettangolare per le sonde a scansione lineare, oppure pressoché quadrata per le sonde

cardiologiche (sebbene il principio di taglio non cambi).

Non si e ettuano tagli incrociati a matrice (che richiederebbero elementi, usati oggi solo

per il 3D per ragioni di complessità), ma si esegue una serie di tagli paralleli lungo una sola

direzione. Questa scelta ingegneristica definisce due piani ortogonali con comportamenti fisici

completamente diversi:

Piano dell'Azimut: È il piano ortogonale alla direzione dei tagli. In questo piano, il

 cristallo è frammentato, il principio di Huygens è approssimato e l'ecografo può eseguire

in modo del tutto elettronico e

automatico sia la deflessione

(steering) che la focalizzazione e la

scansione.

Piano dell'Elevazione: È il piano

 parallelo ai tagli. Lungo questa

direzione il cristallo non è stato

sezionato, comportandosi a tutti

gli e etti come una sonda monoelemento (una singola funzione rect che genera una

sinc in campo lontano, studiabile con la teoria di O'Neil). In questo piano non c'è

focalizzazione elettronica o deflessione: è il medico che orienta fisicamente la sonda.

La costruzione della sonda prevede di assemblare prima tutti gli strati e di testarli per escludere

riflessioni interne, e solo successivamente procedere con il taglio Dall'alto (lato paziente) verso

il basso, il sandwich è così composto:

1. Lente acustica (continua, non viene

tagliata).

2. Matching lay